Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса. цель и задачи исследований 8
1.1 Струговая выемка в Российской Федерации и за рубежом 8
1.2 Основные элементы, узлы и детали отрывных стругов и их конструктивные особенности 17
1.3 Надежность исполнительных органов струговых установок 24
1.4 Факторы, определяющие надежность
исполнительных органов струговых установок 27
1.5 Анализ теорий трения и изнашивания применительно к работе исполнительных органов струговых установок 29
ВЫВОДЫ 32
ГЛАВА 2 Экспериментальные исследования износа базовых элементов стругов (исполнительных органов струговых установок) 34
2.1 Структура отказов струговых установок 34
2.2 Методика проведения экспериментальных исследований. Планирование числа экспериментов .40
2.3 Износ подконвейерных плит и утюгов струга 47 ,
2.4 Влияние характеристик почв пластов на износ подконвейерных плит исполнительных органов струговых установок 52
2.5 Влияние силовых и режимных параметров на износ подконвейерных плит исполнительных органов струговых установок 59
2.6 Факторы, влияющие на износ утюгов 78
2.7 Сравнение результатов исследований с положениями теорий трения и изнашивания 82
ВЫВОДЫ 85
ГЛАВА З Моделирование и анализ влияния условий эксплуатации на износ базовых элементов струга. разработка методов расчета долговечности струга 87
3.1 Общие положения 87
3.2 Влияние сопротивляемости пласта резанию на износ базовых элементов струга 87
3.3 Влияние толщины снимаемой стружки на износ базовых элементов стругов 95
3.4 Методика расчета величины износа и долговечности базовых элементов стругов 96
ВЫВОДЫ 105
ГЛАВА 4 Реализация результатов исследований. разработка и промышленные испытания новых методов и технических устройств, повышающих надежность стругов ; 106
4.1 Общие положения 106
4.2 Разработка новых конструкций стругов отрывного типа с предохранительной лыжей 106
4.3 Разработка и шахтные испытания струга с упрочненной подконвейерной плитой 110
4.3.1 Конструкция упрочненной подконвейерной плиты 110
4.3.2 Промышленные испытания износа струга с упрочненной подконвейерной плитой . 112
. 4.4 Разработка и шахтные испытания струга с Т-образным соединением рам подконвейерной плиты 120
- 4.4,1 Конструкция струга с Т-образным соединением рам 120
4.4.2 Шахтные испытания и струга с Т-образным
соединением рам 128
4.5 Разработка способа определения устойчивости струга 136
Выводы 138
Заключение 139
Литература
- Основные элементы, узлы и детали отрывных стругов и их конструктивные особенности
- Методика проведения экспериментальных исследований. Планирование числа экспериментов
- Влияние сопротивляемости пласта резанию на износ базовых элементов струга
- Разработка и шахтные испытания струга с упрочненной подконвейерной плитой
Введение к работе
Актуальность работы. Струговая технология выемки угля является одним из перспективных направлений при отработке пластов малой и средней мощности. В угольных бассейнах Российской Федерации в 34 шахтопластах мощностью от 0,8 м до 1,6 м сосредоточено более 386,2млн.т угля. Основные промышленные запасы углей, пригодных для струговой выемки (до 71,3 %), сосредоточены в весьма тонких и тонких пластах. Опыт эксплуатации струговых установок в нашей стране и за рубежом показывает, что наиболее эффективными и безопасными при работе на пластах малой мощности являются установки отрывного типа
[П.
Отечественные струговые установки по сравнению с зарубежными аналогами имеют низкую надежность, меньший срок службы и ресурс. Это в полной мере относится к их исполнительным органам-стругам. Низкая надежность и малый срок службы струга в условиях тяжелого финансового состояния угледобывающих предприятий нередко служит ограничивающим фактором при выборе оптимальной добычной техники.
Повышение нагрузки на очистной забой существенно зависит от уменьшения потерь времени на ликвидацию отказов стругов. Анализ результатов научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ и литературных источников, посвященных струговой выемке угля, показал, что вопросам установления влияния характеристик разрушаемых пластов и их почв, режимов работы струговых установок на надежность, стругов, изысканию путей повышения надежности стругов уделялось недостаточное внимание. Поэтому повышение надежности стругов, особенно при работе в сложных горнотехнических условиях, является актуальной научной задачей.
Целью работы является повышение надежности исполнительных органов струговых установок отрывного типа, установление закономерностей влияния свойств разрушаемых пластов и их боковых пород, силовых и конструктивных параметров струговых установок на надежность базовых элементов стругов, разработка на этой основе методов определения
ресурса стругов и изыскание путей их повышения.
Идея работы заключается в том, заключается в том, что интенсивность изнашивания базовых элементов стругов может целенаправленно снижаться изменением силовых и конструктивных параметров струговых установок и зависит от свойств разрушаемых угольных пластов, их почв и от нагрузок, передаваемых системой подачи.
Научные положения, выносимые на защиту:
процесс изнашивания базовых элементов стругов отрывного типа адекватен классическим теориям абразивного (подконвейерная плита струга) и усталостного (утюги) изнашивания;
износ подконвейерных плит по ширине неравномерен, изменяется линейно и достигает максимального значения на забойной кромке; поверхность утюгов изнашивается равномерно;
- интенсивность изнашивания подконвейерных плит исполни
тельных органов определяется абразивностью пород почвы и контакт
ными давлениями в сопряжении «подконвейерная плита-почва пласта»,
которые зависят от сопротивляемости пласта резанию, физико-
механических свойств почвы, силовых и конструктивных параметров
системы «струг-база».
Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследования, включающий научное обобщение и анализ производственного опыта, экспериментальные и аналитические исследования процесса изнашивания элементов струга, определение физико-механических характеристик угольных пластов и их почв, корреляционный и регрессионный анализ результатов экспериментов, положения теории упругости и строительной механики.
Научная новизна работы состоит в том, что: - - установлен и экспериментально подтвержден характер износа базовых элементов стругов и распределения контактных давлений на нижней поверхности подконвейерных плит отрывных стругов; установлен комплекс факторов, влияющих на интенсивность изнашивания базовых элементов стругов; установлены зависимости величины износа от контактных давлений на почву пласта и ее абразивности;
- впервые разработаны методы расчета износа основных элементов отрывных стругов на стадии их. проектирования и в процессе эксплуатации, учитывающие конструктивные параметры струга, характер его на-гружения, сопротивляемость пласта резанию, толщину снимаемой стружки и физико-механические свойства почвы. Разработанные методы позволяют рассчитывать максимальные значения наработок на струги и их ресурс;
- разработан и запатентован способ определения устойчивости струга позволяющий оценить возможность эффективной работы струговой установки в конкретных горно-технических условиях, регулировать характер и величину давлений на почву пласта в сопряжении «подкон-вейерая плита-почва пласта».
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
представительным объемом наблюдений за надежностью струговых установок в различных условиях эксплуатации;
удовлетворительной сходимостью расчетных показателей с ' фактическими (расхождение не превышает 13 %);
положительными результатами промышленных испытаний разработанных технических решений по повышению надежности * стругов отрывного типа.
Значение работы.
Научное значение работы состоит в установлении закономерностей изнашивания базовых элементов стругов отрывного типа и разработке способа определения устойчивости струга, учитывающего физико-механические свойства угольного пласта и его почвы, характер на-гружения струга и свойства материала из которого он изготовлен.
Практическое значение работы заключается в следующем:
разработаны, запатентованы, изготовлены и успешно прошли промышленные испытания конструкции стругов с предохранительной .-лыжей, обеспечивающие не только увеличение их срока службы, но и повышение эффективности работы струга;
разработана, запатентована, изготовлена и успешно прошла
промышленные испытания конструкция струга с упрочненной под конвейерной плитой; упрочнение подконвейерной плиты по разработанной схеме и технологии увеличивает ресурс струга не менее чем в 3,2 раза;
- разработана, запатентована, изготовлена и успешно испытана в промышленных условиях конструкция струга с Т-образным соединением подконвейерных плит; такое соединение позволяет увеличить прочность соединения подконвейерных плит на 29%, а ресурс исполнительного органа не менее чем в 2,6 раза;
- разработана методика расчета долговечности базовых элементов струга на стадии проектирования и в процессе эксплуатации в конкретных горнотехнических условиях.
Реализация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы используются ООО «Машдеталь» при изготовлении отрывных стругов и их элементов, ООО «Ростовуглеснаб» при планировании расхода комплектующих.изделий струговых установок.
Работа выполнена в Шахтинском институте Южно-Российского государственного технического университета - ШИ ЮРГТУ (НПИ).
Автор выражает глубокую благодарность и признательность коллективу кафедр: «Сервис и эксплуатация транспортных и технологических машин», «Горные машины и оборудование» ШИ ЮРГТУ, а также профессорам, докторам технических наук Г.Ш.Хазановичу и
А.Б.Голоду, профессору | С.И. Носенко I (ШИ ЮРГТУ), кандидатам технических наук А.П. Бондаренко, Б.А. Ошерову (ОАО «ШахтНИУИ») за оказанную поддержку и ценные указания методического и научного характера на различных этапах исследований.
Основные элементы, узлы и детали отрывных стругов и их конструктивные особенности
При выполнении исследований применены аналитический и экс- перим ентально-статистический методы.
Как указывалось ранее, заводами угольного машиностроения выпускались 5 типов струговых установок отрывного действия, Струговыми установками УСТ2М, УСТ2В отрабатывают маломощные пласты с 0,55 м, а длина лавы, как правило, не превышает 150 м, поэтому эксплуатационные нагрузки на них сравнительно с другими машинами невелики.
Струговые установки С075 и С075М также предназначены для отработки тонких пластов и эксплуатируются при длине лавы порядка 200 м. Струговая установка УСВ2 предназначена для отработки пластов средней мощности. Эксплуатационные нагрузки на установки С075 и УСВ2 в 2-3 раза выше, чем на УСТ2М и УСТ2В. Исследованиями охвачен весь спектр исполнительных органов струговых установок отрывного типа.
Экспериментальные исследования износа элементов исполнительного органа производились непосредственно в шахтных условиях. Планирование необходимого числа экспериментов для получения достоверных результатов производилось на базе общепринятых методов ма-тематическо й статистики /41/.
На шахте "Южная" ПО "Ростовуголь" в Лаве №10борт. были проведены предварительные замеры износа основной рамы подконвейерной -плиты струга УСВ2. В результате этих экспериментов были установлены статистические характеристики результатов замеров: — X = 0,61 мм - среднее значение износа при добыче Q=1000 т; - т = 0,07 мм - среднее квадратическое отклонение значений износа.
Это позволило определить необходимое количество опытов, при котором с вероятностью Р=0,95, отклонение измеряемых величин износа Л от среднего значения не превысит 10%. Необходимое количество экспериментов п определяется по формуле: Таким образом, необходимое количество замеров должно быть не менее 6.
При исследовании деталей машин в условиях эксплуатации удобнее в качестве критерия износа пользоваться линейными величинами. Износ элементов определялся при этом прямыми инструментальными замерами. Замеры производились в характерных замерных точках на исследуемых элементах подконвейерных плитах и утюгах.
Наиболее опасным сечением подконвейерных плит струга является сечение, ослабленное отверстием под ось шарнирного соединения элементов подконвейрных плит посредством Ш-образных проушин. При работе струга истирание о почву приводит к интенсивному износу проушин /6, 19, 22, 28, 29/, что в свою очередь ведет к их разрыву. Поэтому определялся износ проушин подконвейерноых плит в наиболее опасной зоне - непосредственно у забойной кромки (рис.2.2.), где имеют место наибольшие весовые составляющие элементов струга. Определились изменение толщины подконвейерных плит в точках 5/, $2, S3 и S4.
Величина износа проушин AS определялась как разность между ее номинальной толщиной SH и текущими средними значениями Si. К расчетам принимались средние величины по измерениям в четырех точках (на проушинах каждой плиты).
После окончания работы исполнительного органа в лаве и выдачи его на поверхность, производился обмер проушин по ширине подкон вейерной плиты в направлении от забойной кромки к завальной через расстояния /І, І2 ln Измерялись размеры tf", tf", ?t я", в\ cn, tf\ (Гк, ? , a,L\ в, сЛ\ (рис.2.3). По разности значений полученных размеров и номинальных определялась величина износа подконвейерных плит стругов по ширине,
При исследовании износа утюга определялось изменение его толщины к (рис.2.4.). Однако в процессе эксплуатации прямое измерение толщины утюга невозможно, поэтому ее изменение определялось косвенно, измерением размера /. (рис.2.2, 2.4). Величина износа утюга определялась как разность между текущими средними значениями 7; и номинальным /„. Средние значения принимались в результате усреднения замеров левого и правого утюгов.
Указанные выше измерения проводились, как правило, в течение 30 рабочих дней.
Наработка Q в тыс.т между замерами была получена путем сложения посуточной добычи за период исследований. Данные о посуточг ной добыче выписывались из отчетных материалов и затем корректировались по результатам маркшейдерских замеров. При проведении исследований износа элементов исполнительных органов струговых установок фиксировались параметры системы подачи (тип гидроцилиндра и давление рабочей жидкости), а также количество проставок на струге, (высота исполнительного органа).
Исследование износа проушин подконвейерных плит струга важно потому, что при работе происходит их утонение до критической величины и поломка рамы, что в конечном итоге, определяет полный ресурс струга. Изнашивание же утюгов приводит, с одной стороны, к сниже-, нию их прочности, а с другой стороны к массовым поломкам соединительных узлов рештаков конвейера, что отражается на надежности струговой установки в целом.
За интенсивность изнашивания принималась величина износа на единичном пути трения. Путь трения определяется расчетным путем по объему добычи в период между измерениями и величине стружки. Средние значение стружки определяется по /42/ и непосредственными измерениями в лаве.
Методика проведения экспериментальных исследований. Планирование числа экспериментов
Измерялись размеры tf", tf", ?t я", в\ cn, tf\ (Гк, ? , a,L\ в, сЛ\ (рис.2.3). По разности значений полученных размеров и номинальных определялась величина износа подконвейерных плит стругов по ширине,
При исследовании износа утюга определялось изменение его толщины к (рис.2.4.). Однако в процессе эксплуатации прямое измерение толщины утюга невозможно, поэтому ее изменение определялось косвенно, измерением размера /. (рис.2.2, 2.4). Величина износа утюга определялась как разность между текущими средними значениями 7; и номинальным /„. Средние значения принимались в результате усреднения замеров левого и правого утюгов.
Указанные выше измерения проводились, как правило, в течение 30 рабочих дней.
Наработка Q в тыс.т между замерами была получена путем сложения посуточной добычи за период исследований. Данные о посуточг ной добыче выписывались из отчетных материалов и затем корректировались по результатам маркшейдерских замеров. При проведении исследований износа элементов исполнительных органов струговых установок фиксировались параметры системы подачи (тип гидроцилиндра и давление рабочей жидкости), а также количество проставок на струге, (высота исполнительного органа).
Исследование износа проушин подконвейерных плит струга важно потому, что при работе происходит их утонение до критической величины и поломка рамы, что в конечном итоге, определяет полный ресурс струга. Изнашивание же утюгов приводит, с одной стороны, к сниже-, нию их прочности, а с другой стороны к массовым поломкам соединительных узлов рештаков конвейера, что отражается на надежности струговой установки в целом.
За интенсивность изнашивания принималась величина износа на единичном пути трения. Путь трения определяется расчетным путем по объему добычи в период между измерениями и величине стружки. Средние значение стружки определяется по /42/ и непосредственными измерениями в лаве.
Исследования надежности и износа струговых исполнительных органов проводились на пластах, имеющих различные физико-механические свойства угля и пород почвы, оцениваемые следующими характеристиками: сопротивляемость угля резанию А у , кН/м; сопротивляемость пласта резанию Ат кНУм; - абразивность пласта рП\, мг/км; - абразивность почвы а„, мг
Показатель сопротивляемости угля резанию Ау определяется, как правило, с помощью непосредственных измерений в шахте динамометрическим сверлом СДМ -1.
Показатели абразивности пласта и почвы определялись с помощью установки УИАМ - 1 в комплекте со сверлильным станком по утвержденной методике /27/, Величина сопротивляемости пласта резанию рассчитывалась по /25/.
В результате исследований выявлялось влияние характеристик пласта и почвы на величину износа элементов исполнительного органа струговой установки, а следовательно на надежность стругов.
Обработка экспериментальных данных производилась на ПЭВМ. При этом определялись основные характеристики, принятые в теории вероятностей и математической статистике /42/, Адекватность полученных эмпирических выражений экспериментальным данным оценивалась с помощью индекса корреляции / и критерия Фишера F3. Степень надежности оценивалась с помощью критерия Стьюдента Т.
Поскольку процесс изнашивания невозможен без силового взаимодействия в паре трения, то для последующего уточнения физической сущности износа определялись контактные давления в парах трения "подконвейерная плита - почва пласта" и "утюг - боковина рештака" и уточнялись полученные эмпирические выражения в соответствии с теорией абразивного изнашивания.
Экспериментальные исследования были выполнены в 10 забоях шахт ПО "Ростовуголь", "Гуковуголь" и "Донбассантрацит" характери
стики пластов и почв которых, тип струга и режим его эксплуатации приведены в табл.2.1. Как видно из табл.2,1., экспериментальные исследования проводились в различных условиях по физико-механическим свойствам пластов и их почв, охватывающих большинство типовых условий применения стругов на антрацитных пластах.
Эксперименты выполнялись на стругах СО75.26.00.000, СО75.25.00.00, УСВ2.52.00.000 и УСТ2М. 13.00.000, получивших наиболее широкое распространение. Всего исследованиями было охвачено 22 исполнительных органов. Конструктивные отличия стругов заключались в различных габаритах и в весовых составляющих их элементов. На рис.2.5. показан разрез типичных предельно-изношенных подконвеиерных плит. Размер на рисунке соответствует величине износа подконвейерной плиты по забойной кромке. Результаты замеров износа приведены в Приложении (табл. 1п и табл. 2п).
За время наблюдений был зафиксирован один порыв струга по проушинам соединения подконвеиерных плит, в остальных случаях проводились профилактические замены исполнительных органов.
Анализ изношенных поверхностей подконвеиерных плит показал, что по своей природе износ металла является абразивным, физическая сущность которого заключается в разрушении поверхностей трения под воздействием твердых частиц, присутствующих в зоне трения /33/ . Эти частицы оставляли на поверхностях подконвеерных плит риски, царапины и борозды.
Нашими исследованиями установлено, что износ подконвеиерных плит по ширине неоднороден и изменяется от Asmax по забойной кромке до Asm;n в завальной части плиты. Величины износа Asmax и smin Для стругов, эксплуатировавшихся в различных условиях, различны и зависят от свойств разрушаемых пластов и их почв, режимов резания и наработки, однако характер износа с выраженными максимумами и минимумами присущ подконвейерным плитам всех стругов, независимо от типа и условий работы.
Влияние сопротивляемости пласта резанию на износ базовых элементов струга
Износ забойной кромки подконвейерной плиты при постоянном значении абразивности почвы определяется выражением (2.25), где Р-контактное давление на почву пласта. Определим, как изменятся контактные давления на почву пласта с изменением сопротивляемости пласта резанию.
В таблице 3.1 представлены рассчитанные по (2.20) значения контактных давлений на почву пласта подконвейерной плитой струга С075 при изменении сопротивляемости пласта резанию от 100 кН/м до 250 кН/м при постоянной толщине стружки Н-5см. Усилия, действующие на струг определены по /48,49/, весовые и конструктивные параметры - по технической характеристике на установку. На рис.3.1 показаны графики изменения средних значений контактных давлений по ширине плиты и контактных давлений на ее забойной кромке.
Анализ табл.3.1 и графика на рис. 3.1 показывает, что с увеличением сопротивляемости пласта резанию, как средние значения контактных давлений, так и давления на забойной кромке растут, изменяясь при этом по линейной зависимости, Увеличение сопротивляемости пласта резанию в 2,5 раза от 100 кН/м до 250 кН/м вызывают увеличение средних контактных давлений по подконвейерной плите струга и на забойной кромке в 2,46 раза.
Аналогичные результаты получены нами для всех значений толщины снимаемой стружки. Такой характер изменения контактных давлений объясняется линейной зависимостью усилий на резцах струга от сопротивляемости пласта резанию, определяемых по действующей в отрасли методике их расчета /48/. Интересно отметить, что контактные давления на забойной кромке превосходят средние значения по подконвейерной плите в 6,75-7,05 раз, что еще раз подтверждает наши выводы о причинах наибольшего износа именно забойной кромки.
Выражение (2.26) для определения величины износа содержит значение контактного давления в степени 0,6 (действующее значение). Исследуем характер изменения Р 6 при изменении контактных давлений вследствие изменения сопротивляемости пласта резанию Лт. Результаты расчета 1 ь представлены в таблице 3,2, а характер его изменения - на графике рисунок 3.2.
В связи с тем, что наибольшее изнашивание подконвейерной плиты струга происходит на первых 25 % ее ширины у забойной кромки, в табл.3.2 и на рис. 3.2 показаны значения Р0,6 для этой зоны подконвейерной плиты, а также по завальной кромке и в среднем по плите. Анализ табл.3.2 и графиков на рис.3.2 показывает, что действую щие значения контактных давлений (Р0 6), определяющих износ элемен тов подконвейерной плиты, с увеличением сопротивляемости пласта ре занию возрастают, как в зоне завальной и забойной кромок, так и в сред нем по подконвейерной плите. Однако, этот рост не столь интенсивен, как рост их реальных значений. Так, с увеличением Л от 100 кН/м до 250 кН/м Р0 6 возрастают в среднем в 1,73 раза, в то время как Р увеличивает ся в 2,46 раз. Это связано с тем, что на интенсивность износа кроме кон тактных давлений влияют также и другие факторы (главным образом аб ft) разивность пород почвы пласта).
В разделе 3.2. нами проанализировано влияние сопротивляемости пласта резанию А на износ подконвейерной плиты отрывного струга. Проанализируем влияние на этот процесс толщины снимаемой стружки при неизменном значении А„л.
Рассчитаем величину контактных давлений на почву пласта струга установки С075 при изменении толщины стружки от 3,0 до 5,0 см и по этим данным построим графики. Графики изменения контактных давлений в наиболее изнашиваемой зоне - забойной кромке подконвейерной плиты - представлен на рис. 3.3. В качестве примера в табл.3.3 приведены значения контактных давлений на почву пласта при работе в достаточно сложных для отрывных стругов условиях - при сопротивляемости пласта резанию А = 200 кН/м.
Анализ графиков на рис. 3.3 и данных табл.3.3 показывает, что при всех значениях сопротивляемости пласта резанию в диапазоне 100 кН/м-250 кН/м с увеличением толщины снимаемой стружки величина контактных давлений возрастает пропорционально увеличению толщины стружки. В связи с тем, что износ подконвейерной плиты пропорционален действующему значению контактных усилий (Jr ), проанализируем изменение его величины в соответствии с данными табл.3.3. Результаты расчетов приведены в таблице 3.4
Анализ табл.3.4 показывает, что с увеличением толщины снимаемой стружки растут действующие значения контактных давлений как в целом по подконвеиернои плите, так и в различных ее зонах, при этом наиболее существенные значения давлений приходятся на зону подконвеиернои плиты, расположенную у ее забойной кромки.
Методика расчета величины износа и долговечности базовых элементов стругов
В главе 2 нами установлены основные зависимости, характеризую-щие величину и интенсивность износа подконвейерных плит и утюгов исполнительных органов струговых установок отрывного типа и получены выражения для их определения. При этом мы исходили из следующих основных предпосылок: - 1) начальная эпюра удельных давлений при изнашивании сохраняется, т.е. ее перераспределение в результате износа поверхностей незначительно. - 2) величина износа А пропорциональна пути трения Lmp и величине удельного давления Р. As=KrPLmp; (3.1) ArKrPi-L ,; где As и Ai - соответственно износ забойной кромки подконвейерных плит и утюга; Р и Pj - соответственно удельные давления в сопряжениях "подкон-вейерная плита - порода почвы" Ai и А 2- коэффициенты пропорциональности.
Для расчета величин, входящих в уравнения (3.1) в предыдущей главе получены эмпирические зависимости, из которых видно, что эти величины являются функциями физико-механических свойств отрабатываемых пластов и их почв, режимов резания и конструктивных параметров системы «струг-база».
Таким образом, использование зависимостей, приведенных в предыдущей главе, по уравнениям (3.1) позволяет рассчитать износ подконвейерных плит и утюгов струга при их эксплуатации в конкретных горногеологических условиях.
Разработка и шахтные испытания струга с упрочненной подконвейерной плитой
Проведенные нами теоретические и экспериментальные исследования позволили установить зоны наибольшего износа подконвейерной плиты струга -25% ширины у забойной кромки и зона вдоль завальной кромки.
Нами реализован другой способ повышения ресурса струга, а именно, разработана конструкция струга с подконвейерной плитой, нижняя поверхность которой с забойной стороны армирована твердосплавной наплавкой в виде расположенной параллельно продольной оси рамы полосы шириной не менее 25% ширины подконвейерной плиты. Впадины, расположенные между смежными твердосплавными выступами, заполняется методом электросварки обычными электродами, например, типа Э50А, при этом твердость материала заполнителя должна быть меньше твердости материала твердосплавных выступов и больше твердости материала подконвейерной плиты. Нижняя поверхность плиты с завальной стороны армируется твердосплавной наплавкой в виде параллельных оси подконвейерной плиты прерывистых полос. Особенности данной конструкции видны на рис.4.4.
Здесь І-подконвейерная плита, 2 - сплошная полоса наплавки, 3-прерывистые полосы наплавки, 4-твердосплавные выступы, 5-материал заполнителя. Идея этой разработки заключалась в том, что в процессе эксплуатации в зоне наибольшего износа находится наплавка сплошной полосой (2), которая хорошо противостоит ударно-абразивному износу, имеющему место при работе струга. Именно наплавка истирается в первую очередь, а вследствие особых прочностных характеристик материала наплавки процесс истирания происходит с меньшей интенсивностью.
Промышленным испытаниям был подвергнут струг установки УСВ2 с упрочненной подконвейерной плитой /64/. Работа проводилась на шахте «Южная» ПО «Ростовуголь» в лаве № 1528 с 15 ноября 1990 г. по 31 августа 1991г. Лавой отрабатывался выемочный участок по пласту і" в панели уклона №15. Средняя мощность пласта -1,47 м, угол падения - 6, Пласт состоит из 2-х пачек угля, разделенных прослойками глинистого сланца, мощность прослойка от 2 до 15 см. Сопротивляемость пласта резанию была равна 250 кН/м, зольность в среднем составляла 26,6 %. Непосредственная кровля пласта - песчаный сланец мощностью 4,55 м, выше залегает песчаник мощностью 7,17 м. Крепость песчанистого сланца /=7+8, песчаника - J=10 по шкале проф. М.М. Протодъяконова. Породы непосредственной кровли разбиты наклонными трещинами: 4-5 трещин на 1 м выработки. Трещины расположены под углом 10-15 и 75-80 к линии забоя лавы. Почва пласта (песчанистый сланец абразивностью 12,8 кг/км) -волнистая и порожистая вследствие наличия мелких взбросов амплитудой 3-12 см, у которых опущено северное крыло, пороги повторяются через 2-7 м по падению пласта. Длина выемочного участка по простиранию 1180 м, по падению -200 м. Выкопировка из плана горных работ представлена на рис.4.5.
Нами были разработаны схемы наплавки, ее технология разработана нами совместно с ДонПКТИ, упрочнение подконвейерной плиты (нанесение наплавки) произведено на Шахтинском машиностроительном заводе и экспериментальном заводе ШахтНИУИ /65/. Наплавка производилась наплавочной проволокой ПП-АН170 (ПП-Нп 80х20РЗТ ГОСТ 26101-84).
Перед проведением шахтных исследований в ДонПКТИ были проведены испытания упрочненных образцов на абразивный износ. Испытания проводились на специальном стенде, в конструкции которого использован метод Бринелля-Хаворта. Схема стенда приведена на рис. 4.6. К вращающемуся резиновому диску 1 под нагрузкой прилсимается плоский образец 2. Из бункера 3 через воронку 4 с калиброванным отверстием просыпается дозированное количество абразива, который захватывается диском и изнашивает поверхность образца. Нагрузка на образец регулируется подвесным грузом 5. Износ образцов определяется по потере их массы при определённом количестве прошедшего через зону контакта с резиновым диском абразива. Испытуемые образцы имели размер поверхности 75x25 мм. В качестве абразива использовался кварцевый песок зернистостью 0,2-0,6 мм, расход песка за 30 мин испытаний - 6,0 кг. Эталонным образцом служила пластина из материала, используемого, как правило, для изготовления подконвейерных плит -сталь 30ХГСА, НВ=200-220. Испытывались на износ по 2 образца из следующих материалов: сталь ЗОХГСА, закаленный газопламенным методом, НРС 46-48; сталь ЗОХГСА, наплавленная порошковой проволокой ПП-АН170.
Изменение массы образца определялось взвешиванием на лабораторных весах с точностью до 0,001 г. Графики зависимости потери массы образцов от времени истирания представлены на рис. 4.7.
